● 摘要
Ti2AlNb基合金是近十几年来开发的一种新型Ti-Al系金属间化合物结构材料，具有低密度和优良的高温性能，其长时工作温度可达750℃，短时使用温度可高于1100℃，已在航空航天领域显露出了广阔的应用前景。真空电子束焊接作为一种新型焊接技术，由于其焊接深宽比高、焊接速度快、焊缝保护性好等一系列的优点，特别适合于像钛合金及钛铝系金属间化合物合金这种活泼性金属的焊接。因此Ti2AlNb基合金真空电子束焊接的研究对于该合金的进一步推广应用具有重要意义。本文选用厚度为3、5、7和9mm的一种名义成分为Ti-22Al-25Nb（at. %）的Ti2AlNb基合金热轧板材进行焊接工艺参数的研究，并应用经初步优化的工艺参数对3mm厚的Ti2AlNb基合金板材进行焊接试验。对所获得的焊接接头进行了焊后热处理，对不同热处理状态下较好接头的显微组织和力学性能进行了分析评价，得出了3mm厚Ti2AlNb基合金板材最优的真空电子束焊接工艺和焊后热处理工艺。试验结果表明，Ti2AlNb基合金具有良好的可焊性，该合金在高的加速电压（120～150kV）和中等的焊接速度（0.4～0.8m/min）下焊接可获得成形较好的真空电子束焊接接头。未经过焊后热处理的焊接接头，其焊缝组织为单相的柱状亚稳态有序β相——B2相；热影响区组织为O+B2两相等轴组织和B2单相组织之间的过渡组织。经过焊后热处理（800℃≤T≤900℃），焊缝和母材的显微组织状态发生了明显的变化，整个焊接接头区域发生了B2→B2+ O的相转变，即从B2相中析出了O相细板条，焊缝组织转变为网篮组织，母材转变为双态组织，而热影响区依然是自母材到焊缝的过渡组织。随着焊接工艺参数和热处理工艺的改变，焊缝和母材区域O相细板条的数量、形态和尺寸也会发生相应变化。焊接接头的力学性能测试表明，焊接工艺和焊后热处理工艺都对接头的力学性能有明显影响。3mm厚Ti2AlNb基合金热轧板材的最佳真空电子束焊焊接工艺参数是：150kV加速电压、7.0mA电子束电流和0.4m/min焊接速度，焊后在真空热处理炉中进行850℃保温2h后空冷的热处理，可使焊接接头具有良好的塑性和较高的抗拉强度。